理正擋土墻設計詳解

1、第一章功能概述擋土墻是巖土工程中經常遇到的土工構筑物之一。為了滿足工程技術人員的需要，理正開發(fā)了本擋土墻軟件。下面介紹擋土墻軟件的主要功能：包括13種類型擋土墻一一重力式、衡重式、加筋土式、半重力式、懸臂式、扶壁式、樁板式、錨桿式、錨定板式、垂直預應力錨桿式、裝配式懸臂、裝配式扶壁、卸荷板式；參照公路、鐵路、水利、市政、工民建等行業(yè)的規(guī)范及標準，適應各個行業(yè)的要求；可進行公路、鐵路、水利、水運、礦山、市政、工民建等行業(yè)擋土墻的設計。適用的地區(qū)有：一般地區(qū)、浸水地區(qū)、抗震地區(qū)、抗震浸水地區(qū)；擋土墻基礎的形式有：天然地基、鋼筋硅底板、臺階式、換填土式、錨樁式；擋土墻計算中關鍵點之一是土壓力的計算。

2、理正巖土軟件依據庫侖土壓力理論，采用優(yōu)化的數(shù)值掃描法，對不同的邊界條件，均可快速、確定地計算其土體破壞楔形體的第一、第二破裂面角度。避免公式方法對邊界條件有限值的弊病。尤其是衡重式擋土墻下墻土壓力的計算，過去有延長墻背法、修正延長墻背法及等效荷載法等，在理論上均有不合理的一面。理正巖土軟件綜合考慮分析上、下墻的土壓力，接力運行，得到合理的上、下墻的土壓力。保證后續(xù)計算結果的合理性；除土壓力外，還可考慮地震作用、外加荷載、水等對擋土墻設計、驗算的影響；計算內容完善一一土壓力、擋土墻的抗滑移、抗傾覆、地基強度驗算及墻身強度的驗算等一起呵成。且可以生成圖文并茂的計算書，大量節(jié)省設計人員的勞動強度1第

3、二章快速操作指南1.1操作流程圖2.1-1操作流程1.2快速操作指南1.2.1 選擇工作路徑圖2.2-1指定工作路徑注意：此處指定的工作路徑是所有巖土模塊的工作路徑。進入某一計算模塊后，還可以通過按鈕【選工程】重新指定此模塊的工作路徑。1.2.2 選擇行業(yè)及擋墻形式1 .適用于公路、鐵路、水利及其它行業(yè)。工，注貴內需2 .擋土墻的計算項目有十三種供選擇：重力式、衡重式、加筋土式、半重力式、懸臂式、扶壁式、樁板式、錨桿式、錨定板式、垂直預應力錨桿式、裝配式懸臂、裝配式扶壁及卸荷板式擋土墻。2£f選擇行業(yè)，|其他行業(yè)本工程擋土墻計算項目選評式aa墻墻墻&土土5W土土土羯工詈

4、77;±*之土土擋一壁式應壬疾/.式上由式式式式依H板式式圖2.2-2選擇計算項目1.2.3增加計算項目點擊【工程操作】菜單中的“增加項目”菜單或“增”按鈕來新增個計算項目。圖2.2-3工程操作界面1.2.4編輯原始數(shù)據當計算項目為重力式擋土墻時，須錄入或選擇如下參數(shù)：墻身尺寸、坡線土柱、物理參數(shù)、基礎、整體穩(wěn)定性等數(shù)據，交互窗口如圖2.2-4。圖2.2-4擋土墻數(shù)據交互對話框注意：1 .集中的參數(shù)交互界面，即把幾乎所有的參數(shù)置于一個界面上，操作簡單，大大提高了人機交互的效率，這是理正巖土系列軟件的一個共性特征。2 .同時提供了有關參數(shù)的即時彈跳說明信息，方便用戶理解參數(shù)的意義。1.

5、2.5 當前擋墻計算在數(shù)據交互對話框中設置好各項參數(shù)，點擊【計算】按鈕來進行當前題目的計算；或者單擊【輔助功能】菜單的“計算”。1.2.6 計算結果查詢計算結果查詢界面分為左右兩個窗口，左側窗口用于查詢圖形結果，右側窗口用于查詢文字結果。圖2.2-5計算結果查詢窗口2第三章使用說明2.1 關于計算例題的編輯2.1.1 增加例題與刪除當前例題1 .通過【工程操作】菜單的“增加項目”和“刪除當前項目”來增加一個新的例題或刪除當前的例題。工程操施L增加項目刪除當前項目當前項目計算2 .“增”或“刪”按鈕增加一個新的例題或刪除當前的例瞰擊“算”按鈕打開當前模塊的交互界面。叵重力式擋土墻1而TQ6lQA

6、T三j憎|刪W1I2.1.2 數(shù)據的讀寫通過【輔助功能】菜單的“讀入數(shù)據文件”可以將原來保存好的數(shù)據讀進來進行計算；通過【輔助功能】菜單的“數(shù)據存盤到文件”可以將當前例題的數(shù)據保存在磁盤上。輔助功能讀入數(shù)據文件數(shù)據存盤到文件查看計篁圖理結果查看計算報表結果擋土嚙計篁將此例題加入模板庫返回2.1.3 把典型例題加入例題模板庫實際工程中會有一些具有一般代表性的典型例題，當完成該例題的數(shù)據交互后，可通過【輔助功能】菜單中的“將此例題加入模板庫”把該例題存為例題模板，從而在每次新增例題時可以重復調用該例題的數(shù)據，在此基礎上修改少量的數(shù)據進行計算。2.2 計算簡圖輔助操作菜單在數(shù)據交互界面的左側圖形窗口

7、單擊鼠標右鍵，彈出圖形顯示快捷菜單，使用該菜單可有效的查看計算簡圖，可把計算簡圖存為DXF格式的文件，用AUTOCAD等圖形編輯器進行編輯。母童屏致開窗曲大中平移展示中希放鹿俵堂前屏Q存為m文件在獨立窗口中查看昌核定顯示比例身打出2.3 快速查詢圖形結果2.3.1 選擇輸出圖形結果1 .當計算項目為重力式、衡重式、半重力式、懸臂式、扶壁式、卸荷板式、垂直預應力錨桿式抗滑擋土墻時，圖形查詢輸出如下結果：1）計算簡圖2 ）土壓力土壓力（合力及兩個方向分力）與破裂角關系曲線；土壓力Ea沿抗滑擋墻高度分布圖；破裂面與土壓力簡圖；力多邊形簡圖。2.當計算項目為加筋土式時，圖形查詢輸出如下結果：1）計算簡

8、圖2）土壓力土壓力（合力及兩個方向分力）與破裂角關系曲線；土壓力Ea沿抗滑擋墻高度分布圖；破裂面與土壓力簡圖；力多邊形簡圖。3）整體穩(wěn)定結果圖3.當計算項目為樁板式時，圖形查詢窗口輸出計算簡圖。1）計算簡圖2）土壓力土壓力（合力及兩個方向分力）與破裂角關系曲線；土壓力Ea沿抗滑擋墻高度分布圖；破裂面與土壓力簡圖；力多邊形簡圖。3）內力簡圖：包括位移、彎矩、剪力、土反力等曲線。4.當計算項目為錨定板式、錨桿式時，圖形查詢窗口輸出計算簡圖。1）計算簡圖2）土壓力土壓力（合力及兩個方向分力）與破裂角關系曲線；土壓力Ea沿抗滑擋墻高度分布圖；破裂面與土壓力簡圖；力多邊形簡圖。3）立柱計算簡圖：包括荷載

9、、截面尺寸、彎矩、剪力、配筋等圖形。圖3.3-1衡重式擋土墻計算結果簡圖圖3.3-2加筋土式擋土墻計算結果簡圖圖3.3-3樁板式擋土墻計算結果簡圖0日工科tCL.JD1呻武iWlU.DmW5J0*nIail暮蟀1鐘情況"尊嗒果工千I圖3.3-4錨桿式擋土墻計算結果簡圖2.3.2 通過輔助功能菜單查看圖形結果單擊【輔助功能】菜單中的“查看計算圖形結果”項，可查看當前例題的圖形結果。M啕"WM瓦MH司冊瘴1第雨情況計尊菇果d圖3.3-5查詢計算結果簡圖2.3.3 圖形查詢輔助工具1 .圖形查詢工具欄<圖留國a小田旦臼回退出選工程選項目放大縮小平移全屏重畫開窗前視2 .圖形

10、查詢快捷菜單在圖形結果查詢窗口單擊鼠標右鍵，彈出圖形查詢快捷菜單，可以方便地查看圖形。fe戰(zhàn)中由取消全屏開窗放大平移顯不縮放恢復前屏3 .【圖形查詢】菜單圖拶查詢置設置朝高度讀入DXF文怦顯示簡圖存為口XF文件顯示圖形拷貝到剪貼板上2.4計算書的編輯修改1 .當計算目標重力式、衡重式、半重力式、卸荷板式、垂直預應力錨桿式抗滑擋土墻時，計算書窗口輸出如下結果：(1)土壓力計算結果；(2)滑動穩(wěn)定性驗算結果；(3)傾覆穩(wěn)定性驗算結果；(4)地基應力及偏心距驗算結果；(5)設置凸樺時，凸樺強度驗算、寬度設計；(6)墻身截面強度驗算(不同截面)包括偏心距、壓應力、拉應力及剪應力；(7)基礎強度驗算包括

11、懸挑部分主拉應力及剪應力。注意：公路擋墻增加以下結果的輸出：1)滑動穩(wěn)定方程驗算、傾覆穩(wěn)定方程驗算結果；2)墻截面驗算采用極限狀態(tài)法時強度、穩(wěn)定驗算結果。2 .當計算目標為加筋土式擋土墻時，計算書窗口輸出如下結果：(1)土壓力計算結果；(2)滑動穩(wěn)定性驗算結果；(3)傾覆穩(wěn)定性驗算結果；(4)地基應力及偏心距驗算結果；(5)內部穩(wěn)定性驗算；(6)外部穩(wěn)定性驗算；注意：公路擋墻外部穩(wěn)定驗算增加滑動穩(wěn)定方程驗算、傾覆穩(wěn)定方程驗算結3 .當計算目標為樁板式擋土墻時，計算書窗口輸出如下結果：(1)土壓力計算結果(2)樁的內力(包括彎矩、剪力、土反力)、位移及配筋計算；(3)擋土板的內力配筋4 .當計算

12、目標為懸臂式、扶壁式抗滑擋土墻時，計算書窗口輸出如下結果：(1) 土壓力計算結果(2)滑動穩(wěn)定性驗算結果；(3)傾覆穩(wěn)定性驗算結果；(4)地基應力及偏心距驗算結果；(5)墻身截面強度驗算包括墻面板、墻趾板、墻踵板及肋板(扶壁式)；(6)裂縫寬度驗算注意：公路擋墻增加滑動穩(wěn)定方程驗算、傾覆穩(wěn)定方程驗算結果。5 .當計算目標為錨桿式、錨定板式擋土墻時，計算書窗口輸出如下結果：(1)土壓力計算結果(2)擋土板、肋柱及錨桿內力結果；(3)擋土板、肋柱配筋結果；(4)錨桿式：錨桿設計(包括錨桿截面面積及長度計算)；錨定板式：錨定板內力及配筋計算。6 .當計算目標為裝配式懸臂式、裝配式扶壁式抗滑擋土墻時，

13、計算書窗口輸出如下結果：(1)土壓力計算結果(2)滑動穩(wěn)定性驗算結果；(3)傾覆穩(wěn)定性驗算結果；(4)地基應力及偏心距驗算結果；(5)墻身截面強度驗算包括墻面板、墻趾板、墻踵板及肋板(扶壁式)；(6)裂縫寬度驗算恢復Ctrl+Z翦切Ctrl+X拷貝Ctrl+C粘貼特別粘貼刪除選擇的文字全選Ctrl+V跳到指定行尋找Ctrl+F尋找下一個F3替換Ctrl+H插入對象連接對象對象屬性Afc+Enter字體與頡色謾置讀入RTF文件保存RTF文件更名俁存RTF文件保存文件為文本文件、/、4、1、廣注息：1 .四種標準的計算書中均輸出了各組合最不利結果；2 .樁板式擋墻、錨桿式擋墻和錨定板式擋墻不做最不

14、利結果輸出；3 .公路擋墻的計算輸出為采用極限狀態(tài)法的計算結果。2.5說明2.5.1 參數(shù)編輯1 .加筋土式擋墻須交互自身的計算參數(shù)。2 .重力式擋土墻、衡重式擋土墻、卸荷板式擋土墻須交互基礎類型及相應參數(shù)，基礎的類型有：天然基礎、鋼筋混凝土底版、臺階式基礎、換填土式、錨樁式基礎。2.5.2計算1 .本系統(tǒng)對鐵路、公路、水利及其它專業(yè)的擋墻驗算分別采用不同的規(guī)范和規(guī)定，詳細區(qū)別在各專業(yè)擋土墻編制原理中說明。2 .重力式擋土墻、衡重式擋土墻、加筋土式擋墻在擋土墻、垂直預應力錨桿式擋土墻計算時，其計算目標既可以是驗算，也可以是設計。其它類型的擋土墻僅做驗算。3 .重力式擋土墻、衡重式擋土墻、半重力

15、式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、卸荷板式擋土墻的基底可設置防滑凸樺。4 .系統(tǒng)未考慮由于墻高的增加而提高安全系數(shù)這一因數(shù)，用戶在設計計算時，要注意到這一點，保證擋土墻設計的可靠性和安全性。5 .用戶須根據有關規(guī)范自行考慮擋土墻有關構件的構造要求。2.5.3關于自動設計的說明1 .重力式擋土墻自動設計對于重力式擋墻，在其它參數(shù)確定的情況下，系統(tǒng)可自動設計：(1)墻頂寬。(2)擴展臺階寬高。(3)鋼筋混凝土底板的懸挑長度和厚度。(4)臺階式基礎的高度，階數(shù)，各階的寬高。系統(tǒng)的設計過程為：假定墻頂寬最小為0.5米，然后采用變步長的搜索辦法增加墻寬，直到找到滿足計算條件的最小墻寬為止。當抗傾覆穩(wěn)

16、定驗算滿足，地基承載力不滿足時，系統(tǒng)優(yōu)先采用擴展臺階的方案。注息：1 .有時自動設計會失敗，這是因為某些給定的條件不合理造成的；2 .有時自動設計成功后，某些安全系數(shù)仍不滿足。這是因為本系統(tǒng)自動設計時考慮了多種工況，系統(tǒng)自動設計對各種工況只進行一次，當滿足最后一個工況的安全系數(shù)時，前面的各個工況有時會出現(xiàn)不滿足的情況。在這種情況下，用戶可參照系統(tǒng)設計結果手工調整。3 .衡重式擋土墻自動設計對于衡重式擋墻，在其它參數(shù)確定的情況下，系統(tǒng)可自動設計：(1)上墻背坡坡度；(2)衡重臺寬；(3)擴展臺階寬高；(4)鋼筋混凝土底板的懸挑長度和厚度；(5)臺階式基礎的高度，階數(shù)，各階的寬高。系統(tǒng)的設計過程為

17、：假定衡重臺寬最小為0.0米，然后采用變步長的搜索辦法增加臺寬，直到找到滿足計算條件的最小臺寬為止?；蛘呒俣ㄉ蠅Ρ称缕露茸钚?.0,然后采用變步長的搜索辦法增加坡度，直到找到滿足計算條件的最小坡度為止。當抗傾覆穩(wěn)定驗算滿足，地基承載力不滿足時，系統(tǒng)優(yōu)先采用擴展臺階的方案。注息：1 .有時自動設計會失敗，這是因為某些給定的條件不合理造成的；2 .當采用設計衡重臺寬的自動設計方案時，上墻截面強度不會因衡重臺寬度增加而增大，因此在這種情況下，系統(tǒng)將不驗算上墻截面寬度；3 .有時自動設計成功后，某些安全系數(shù)仍不滿足。具體原因同重力式。4 .加筋土擋土墻自動設計對于加筋土擋墻，在其它參數(shù)確定的情況下，

18、系統(tǒng)可自動設計各層筋帶的寬度。系統(tǒng)根據抗拉設計承載力給出筋帶最小寬度，并驗算抗拔安全系數(shù)。2.6數(shù)據和結果文件數(shù)據和結果文件位于用戶設定好的工作目錄下。重力式擋土墻、衡重式擋土墻、加筋土式擋土墻、半重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、樁板式擋土墻、錨桿式擋土墻、錨定板式擋土墻、垂直預應力錨桿式擋土墻、裝配式懸臂擋墻、裝配式扶壁擋墻及卸荷板式擋土墻的數(shù)據文件格式分別為*.zl、*.hz、*.jjt、*.bzl、*.xb、*.fb、*zb、*.mg、*mdb、*.yyl、*.zpxb、*.zpfb和*xhb,圖形文件格式*.DXF,計算書格式為*.RTF3第四章編制依據(1)混凝土結構設計規(guī)

19、范GB500102002；(2)建筑抗震設計規(guī)范GB500112001；(3)公路設計手冊一路基交通部第二公路勘察設計院，1997.6;(4)公路路基設計規(guī)范JTGD302004；(5)公路污工橋涵設計規(guī)范JTGD61-2005；(6)公路工程技術標準JTGB012003；(7)公路工程抗震設計規(guī)范JTJ004-89；(8)公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準GB/T502831999；(9)公路加筋土工程設計及施工規(guī)范JTJ015-91；(10)公路橋涵設計通用規(guī)范JTJ021-85；(11)公路橋涵設計通用規(guī)范JTGD60-2004；(12)鐵路路基支擋結構設計規(guī)范TB100252006；(13

20、)鐵路路基設計規(guī)范TBJ10012005；(14)鐵路工程設計技術手冊一路基鐵道部第一勘測設計院，1995.3;(15)鐵路工程抗震設計規(guī)范GBJ11187；(16)城市橋梁設計準則CJJ11-93；(17)城市橋梁設計荷載標準CJJ77-98；(18)城市橋梁設計荷載標準CJJ77-98；(19)水工擋土墻設計規(guī)范SL379-2007；(20)水運工程抗震設計規(guī)范JTJ225-98；(21)鋼筋混凝土裝配式擋土墻(懸臂式、扶壁式)04SO13;(22)新型支擋結構設計與工程實例李海光等編著，人民交通出版社，2003.104第五章系統(tǒng)土壓力理論系統(tǒng)采用庫侖、朗肯及靜止土壓力三種計算理論。除特別

21、說明外,均不考慮墻前被動土壓力作用。4.1 庫侖士壓力理論4.1.1 庫侖土壓力的基本假定1 .墻后填料為勻質散粒體，僅有內摩擦力，而無粘聚力（按無粘性土考慮）。2 .當墻身向外移動或繞墻趾外傾時，墻背填料內會出現(xiàn)一通過墻踵的破裂面，假設此破裂面為一平面，豎向夾角0叫做破裂角（如圖5.1-1）。圖5.1-13 .破裂面上的土楔，視為剛性土體，根據靜力平衡條件，土楔在自重G、墻背反力Ea和破裂面反力R的作用下維持靜力平衡。由于土楔與墻背及土體間具有摩阻力，故Ea與墻背法線成S角、R與破裂面法線成。角，并均偏向阻止土楔滑動的一側。4 .通過墻踵，假定若干個破裂面，其中使主動土壓力最大的那個破裂面即

22、為最危險的破裂面。根據這一條件，求得破裂面的位置和主動土壓力值。5 .假設土壓力沿墻高呈分段線性分布，其形狀與坡面線疊加超載后的形狀相似，作用點位置位于此分布力圖形的重心。當墻后土坡為一直線時，土壓力呈線性分布，作用于墻高下三分點處。1.1.2 有關第二破裂面的基本假定1 .俯斜墻背（或假想墻背）的坡度平緩時，墻后填料內有可能出現(xiàn)第二破裂面，土楔不沿墻背或假想墻背滑動，而沿著第二破裂面滑動（如圖5.1-2）。2 .必須滿足下列條件，才可出現(xiàn)第二破裂面：墻背的傾角必須大于第二破裂面的傾角。作用于墻背或假想墻背上的土壓力對墻背法線的傾角應該小于等于墻背摩擦角。圖5.1-2圖中：0為第一破裂角（度）

23、；為第二破裂角（度）。1.1.3 庫侖土壓力計算基本方法本系統(tǒng)從最基本的土壓力計算原理出發(fā)，充分利用計算機快速運算的優(yōu)勢，采用優(yōu)化的數(shù)值掃描法，計算第一、第二破裂面及相關的土壓力，計算方法見5.1.3.1節(jié)、5.1.3.2節(jié)及第六章。1.1.3.1 第一破裂面當只有第一破裂面時，土壓力只為第一破裂角函數(shù)，利用計算機搜索第一破裂角角度與土壓力關系。尋找其中最大的土壓力Ea即為所求的土壓力，相應的角度為第一破裂角。在搜索過程中，為了提高計算速度，我們采用了優(yōu)化的方法尋找此極值點，計算結一果表明，此種方法非常有效。圖5.1-3為土壓力隨破裂角度變化圖ata2*at討ms/x>%即4ui情*圖5

24、.1-3土壓力隨第一破裂角變化曲線圖中：0擋土墻土楔體的第一破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；Ea作用擋土墻上的土壓力（kN）；Ex作用擋土墻上土壓力的水平分力（kN）;Ey作用擋土墻上土壓力的豎向分力（kN）。1.1.3.2 第二破裂面當俯斜墻背（或假想墻背）的坡度比較平緩時，就會出現(xiàn)第二破裂面。此時土壓力為第一、第二破裂角的函數(shù)，利用計算機求出第二破裂角及第一破裂角角度與土壓力的變化關系，搜索到最大的水平土壓力Ex即為所求的土壓力，相應的角度為第二破裂角及第一破裂角。圖5.1-4為土壓力隨第二破裂角角度變化圖。史級角。rwi31W必匐01a012M塞"圖5.1-4土壓力隨第二破裂角

25、變化曲線圖中:a擋土墻土楔體的第二破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；Ea作用擋土墻上的土壓力（kN）；Ex作用擋土墻上土壓力的水平分力（kN）;Ey作用擋土墻上土壓力的豎向分力（kN）o4.2 朗肯土壓力理論1 .假設填料表面為一平面，沿深度和側向均是無限的；2 .只適用于墻后填料表面上無荷載或作用有連續(xù)均布荷載的情況，填料表面的橫坡（3w；d3 .假設土壓力沿墻高呈分段線性分布，其形狀與坡面線疊加超載后的形狀相似，作用點位置位于此分布力圖形的重心。當墻后土坡為一直線時，土壓力呈線性分布，作用于墻高下三分點處。4.3 靜止土壓力理論土壓力p0等于豎直向主應力/與靜止土壓力系數(shù)K0的乘積，且沿墻高

26、呈三角形分布。5第六章系統(tǒng)土壓力計算5.1 庫侖土壓力計算5.1.1 衡重式擋墻土壓力衡重式擋土墻等折線形墻背擋墻不能直接用庫侖理論計算主動土壓力，這時，應將上墻和下墻看作獨立的墻背，分別按庫侖理論計算主動土壓力，然后取兩者的矢量和作為全墻的土壓力。計算上墻的土壓力時，不考慮下墻的影響，采用一般的庫侖理論公式計算；若上墻背或假象墻背傾角較大，出現(xiàn)第二破裂面，則按第二破裂面求主動土壓力。下墻土壓力的計算方法有多種，如：延長墻背法、校正墻背法、等效超載法（將上墻墻后的填料視為下墻土體上的均布超載，而影響下墻土壓力的計算）、力多邊形法。其中前三種方法不同程度地存在一些缺陷，力系不能自相平衡。因此本系

27、統(tǒng)采用力多邊形法。力多邊形法的計算原理為：首先按上述方法求計算上墻土壓力，得到上墻的第一破裂面及作用于第一破裂面上的作用力R,然后將R反作用于下墻的破裂楔體上，下墻的破裂楔體作用有上墻的作用力R、楔體自重力G、作用擋土墻下墻的主動土壓力反力Ea、下墻破裂面上的反力R1,這些力共同作用處于極限平衡狀態(tài)。在這種假設下求解第二破裂面。計算簡圖6.1.1-1o力平衡多邊形圖6.1.1-1衡重式擋墻計算簡圖圖中：a擋土墻土楔體的第二破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；0擋土墻土楔體的第一破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；R上墻土楔體對下墻計算土楔體的作用力（kN）；G下墻計算土楔體的自重重力（kN）；R1下墻

28、計算土楔體的第一破裂面的反力（kN）；Ea作用擋土墻上的主動土壓力的反力（kN）。注意：當基礎為鋼筋混凝土底板”或錨樁式”時，可選擇土壓力起算點從基礎底面起算。5.1.2 浸水擋墻土壓力浸水擋墻土壓力計算原理與非浸水時相同，只是求算破裂楔體的重力G時，浸水部分采用浮重度，其它計算原理與普通擋土墻相同。浸水擋墻土壓力計算中，再加一項水壓力，水壓力計算如下：心",、2（6.1.2-1）式中：擋土墻上作用的水壓力（kN）,作用位置：距擋土墻Eas底面h/3處；hw擋土墻背面地下水位頂面到擋土墻底面的距離（m）；5.1.3抗震地區(qū)墻后動土壓力抗震區(qū)擋墻的地震力影響主要表現(xiàn)在兩個方面：1 .用

29、庫侖理論計算土壓力時破壞楔體要考慮水平地震力E的作用，參見6.1.3.1節(jié)；2 .在計算墻體受力時要考慮墻體所受的地震作用，參見第7.1.6.2節(jié)。5.1.3.1計算方法計算簡圖:上墻力平衡簍邊形下墻力平衡多邊形圖6.1.3-1地震力參與計算簡圖計算公式:式中：E=Gxtan(6.1.3.1-1)9-擋土墻土楔體的第一破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；a擋土墻土楔體的第二破裂角（與鉛垂線的夾角）（度）；R上墻土楔體對下墻計算土楔體的作用力（kN）；G下墻計算土楔體的自重重力（kN）；R1下墻計算土楔體的第一破裂面的反力（kN）；Ea-作用擋土墻上的主動土壓力的反力（kN）；E作用計算土楔體上的水

30、平地震力（kN）;t-一地震角（度）；G上一一上墻計算土楔體的自重重力（kN）;E上一一作用上墻計算土楔體上的水平地震力（kN）;E上a作用擋土墻上墻的主動土壓力的反力（kN）5.1.3.2地震角地震角度的計算按下表確定：地震角表6.1.3-1基本烈度類別789非浸水1030'3o6o浸水2030'5o100注：1.本表摘自公路加筋土工程設計規(guī)范(JTJ-015-91)附錄一中附表1.4;2 .抗震設計與非抗震設計在安全系數(shù)的取值、截面與基底合力的容許偏心距的取值是不同的；3 .抗震設計同時要考慮地基土承載力的提高、截面強度的提高。5.1.4粘性土的土壓力當墻后填土為粘性土時，

31、由于粘聚力的存在，對土壓力值有很大的影響，因此在計算中必須考慮粘聚力的影響。系統(tǒng)給出了兩種考慮粘聚力影響的方法。5.1.4.1 換算內摩擦角法(又稱綜合內摩擦角法或等效內摩擦角法)目前，由于粘聚力的數(shù)值難于恰當?shù)卮_定，同時又缺乏按粘性土計算方法設計擋土墻的實踐經驗，通常都采用換算內摩擦角的方法來計算粘性土的主動土壓力。也就是將摩擦角的數(shù)值增大，把粘聚力的影響考慮在內摩擦角的這一參數(shù)中，然后按砂性土的公式計算主動土壓力。1 .鐵路路基手冊中提供的換算內摩擦角的公式：按土體抗剪強度相等的原則計算：(%=ardg電伊+I出，(6.1.4.1-1)按土壓力相等的原則計算：裂口=兜一£口舊幅坦

32、45一2二II"陽J(6.1.4.1-2)需要注意的是，上述換算方法，對于矮墻是偏于安全的，但對于高墻是偏于危險的，因此，對于高墻應酌情予以折減。2.堤防規(guī)范中提供的換算內摩擦角的公式：3Zg2f45B-4ChJ45'-以45:與）一一人上2殂（6.1.4.1-3）式中：小內摩擦角（度）；加一一換算內摩擦角（度）；Y墻后填土容重（kN/m3）;C粘聚力（kPa）；H墻身局度（m）o5.1.4.2力多邊形法考慮粘聚力的作用，仍然以庫侖土壓力理論計算。由此引起的誤差并不太大，但所采用的計算粘聚力的值必須可靠，也就是說即使在最不利的條件下也能保證墻后填土的實際粘聚力不低于采用值。同

33、時對于高膨脹性土和高塑性土均不能按力多邊形法計算土壓力。1.裂縫深度計算當墻身向外有足夠的位移時，粘性土土層的頂部會出現(xiàn)拉應力，并進而產生豎直裂縫，裂縫的深度，達到拉應力趨近于零處。2C（,二電45H/2，（6.1.4.2-1）裂縫的深度，與地面的斜度無關，如果土層頂面有滿布的土柱高h0,則裂縫深度應減去h0;如果土層頂面有局部的土柱高h0,由于情況復雜，難于正確估計，往往忽略它對裂縫深度的影響。2.土壓力計算仍然以庫侖土壓力為基礎,注意：理正巖土軟件自動判斷第一個坡面線上的土柱是滿布還是局部，然后決定h0是否影響裂縫計算深度，對其它坡面線上的土柱則不予考慮。由力多邊形法求得土壓力，只是在力多

34、邊形中增加一個粘聚力CL,其中L為破裂線的長度。圖6.1.4-1考慮粘聚力計算簡圖5.1.5 多層土的考慮方法多層土土壓力計算方法采用下列近似計算方法。首先由庫侖公式求得上一土層的土壓力E1和其作用點高度Z1,在計算下一個土層時，近似地假定：上下兩層土層層面平行，并將上一層土視為下一層土的勻布荷載，求得下一個土層的土壓力E2和其作用點高度Z2,最后將E1和E2求合力，則可得到總的土壓力E以及土壓力作用點高度Z（如圖5-7-1）。由于需要多次計算土壓力，因此考慮多層土時，計算速度將有所下降。由于計算理論上的限制，理正巖土軟件所提供的多層土計算方法要求各個土層的重度基本接近，當重度相差懸殊時，計算

35、誤差將增大。圖6.1.5-1多層土計算簡圖但上述方法只能適用于未出現(xiàn)第二破裂面的情況，當出現(xiàn)第二破裂面時，軟件采用按土層厚度加權平均的方式計算破裂角和土壓力。也就是將土層的各種參數(shù)按厚度加權平均，然后再按勻質土計算主動土壓力。必須注意，由于計算理論不成熟，理正巖土軟件所提供的多層土土壓力計算方法僅供參考，設計人員需要自行判斷計算結果的合理性。5.1.6 車輛荷載對土壓力的影響對于公路專業(yè)、鐵路專業(yè)以及墻背后填土有車輛荷載作用時，使土體中產生附加的豎向應力，從而產生附加的側向壓力。土壓力計算時，將車輛荷載換算成與墻后填土相同重度的一定寬度和高度的土柱（均步荷載）來計算。5.1.6.1 公路專業(yè)需

36、要輸入計算荷載，驗算荷載兩種荷載，并且換算土柱高度需采用破裂棱體法計算得出，即事先并不知道換算土柱的高度。換算土柱高度的求法采用公路橋涵設計規(guī)范中的方法。計算簡圖：t士丁uZ圖6.1.6.1-1擴展長度計算簡圖圖6.1.6.1-2車輛荷載換算模式系統(tǒng)允許用戶直接交互車輛等級，由系統(tǒng)自動完成換算土柱高度和寬度的計算。同時，用戶也可自行交互土柱寬度和高度。計算公式：由Q=滔）£（6.1.6.1-1）為二田+做熄-颯G-6（6.1.6.1-2）二:+：.一：6.1,6.1-3）式中：h0換算成土柱的高度（m）；Y墻后填土容重（kN/m3）;B0破壞棱體的寬度（m）;L擋土墻的計算長度（m）

37、;ZjQ布置在B0XL面積內的車輪總重（kN）;H擋土墻高（m）;a路肩局（m）b路肩寬（m）；L0前后輪距加輪胎著地長度或履帶著地長度（m）；a擋土墻傾角（？）；8破裂角（？）。5.1.6.2鐵路行業(yè)系統(tǒng)允許用戶直接交互鐵路等級，由系統(tǒng)自動完成換算土柱高度和寬度的計算。同時，用戶也可自行交互土柱寬度和高度。然后按條形荷載作用下土中應力公式計算水平土壓力、豎向土壓力，參見TBJ25-90第6.1.22列車和軌道荷載換算土柱高度及分布寬度見鐵路路基設計規(guī)范附錄A。5.1.7被動土壓力計算懸臂和扶壁式擋墻中增加了墻前被動土壓力自動計算，以附加力的形式考慮。被動土壓力采用朗金土壓力理論計算。計算公式

38、:31(0伊)45"+-+2chtg45+上2)I2/式中:Ep擋土墻上作用的被動土壓力（kN）,作用位置：距擋土墻底面h/3處;墻前土容重（kN/m3）;墻刖土同度（m）墻前土內摩擦角（度）。5.2朗肯土壓力計算5.2.1 主動土壓力基本公式主動土壓力計算公式：(6.2.1-1)路肩墻填料表面橫坡B=0時:心=解（4"?(6.2.1-2)路肩墻填料表面橫坡時。時:cos戶+cos2同(6.2.1-3)式中:Kai土層i的主動土壓力系數(shù);eajk計算深度處白主動土壓力（kPa）,作用方向與地面平行;墻背填料重力密度（kN/m3）;假想墻背高度（m）；加一一主動土壓力增大系數(shù)

39、；h0車輛等代均布荷載換算土層的厚度（m）;計算參見公式（10.2.1.4-3）;B填料表面橫坡（°）,對路肩墻，B=0;小一一墻背填料的內摩擦角（°）o、/、4、1、廣注息：1 .朗肯、靜止土壓力適用于填料表面只有一段坡線情況的墻背；若錄入多段坡線，系統(tǒng)按第一段坡線計算；仰斜式擋土墻土壓力的豎向分力Ey系統(tǒng)取為0；2 .適用于滿布荷載情況，對于局部荷載系統(tǒng)自動按滿布處理;3 .假設通過墻踵的豎直面為假想墻背計算土壓力；5 .當土層內摩擦角小于填料表面傾角時，系統(tǒng)自動處理為相等。5.2.2地震動土壓力計算公式：圖二0.5臚夕人（1+3C£。則(6.2.2-1)式中

40、：Eea-地震時作用于擋土墻背每延米長度上的士壓力（kN）,包括普通擋墻的主動土壓力和地震動土壓力；丫一一墻背填料重力密度（kN/m3）;Ka一一非地震條件下作用于墻背的主動土壓力系數(shù)，計算見公式（6.2.1-2）;H擋土墻局度（m）小c主動土壓力增大系數(shù)；Ci重要性修正系數(shù)，（快速路、主干道Ci=1.3,其余Ci=1.0）；Cz一一綜合影響系數(shù)，取Cz=0.25;小一一墻后填料的內摩擦角（°）;Kh水平地震動峰值加速度系數(shù)。注意：1 .作用在墻踵填土上的荷載參與地震力計算；2 .朗肯地震動土壓力計算參見公式（6.2.2-1）,墻身及填土地震力計算同庫侖土壓力，參見公式（7.1.6-

41、4）;3 .本系統(tǒng)忽略填料表面傾斜時，地震動土壓力與Ea方向不一致的影響。5.2.3 浸水擋墻土壓力水下采用浮重度，靜止水壓力及浮力計算參見7.1.6.1節(jié)。5.2.4 粘性土的士壓力填料表面傾斜且c勾時，土壓力計算結果僅供參考。5.2.5 多層土的考慮方法多層土填料表面傾斜時，各個土層主動土壓力系數(shù)按照公式6.2.1-3近似計算。5.3靜止土壓力計算系統(tǒng)對靜止土壓力的處理與朗肯土壓力相同，僅區(qū)別于土壓力系數(shù)，即土壓力系數(shù)用K0取代Ka。土壓力系數(shù)K0的取值方法如下：1 .直接交互K0;2 .根據公式求得K0:砂性土：凡=LO-5Mm(6.3-1)粘性土：%二0-95-沏岫(6.3-2)r有效

42、內摩擦角(°)o參見6.2.1注意：靜止土壓力C為時，按；=0處理；其他計算同朗肯土壓力,節(jié)。6第七章公路擋土墻驗算本章將介紹圖2.2-2所示的其中13種擋土墻的計算原理以及所采用的方法。1 .擋土墻計算采用兩種方法：(1)總安全系數(shù)的容許應力法；(2)分項系數(shù)的極限狀態(tài)法。2 .安全系數(shù)及材料強度提高系數(shù)1 .安全系數(shù)：僅適用總安全系數(shù)的容許應力法。(1)滑動穩(wěn)定系數(shù)：一般情況取1.3,地震作用參與時取1.3。(2)傾覆穩(wěn)定系數(shù)：一般情況取1.5,地震作用參與時取1.3。(3)基底合力偏心距：土質地基B/6,巖質地基B/5,堅硬巖質地基B/4;抗震設計時由用戶定義。(4)截面合力偏

43、心距：一般情況取0.25B;抗震設計時取0.3Bc(5)加筋土擋墻整體滑動穩(wěn)定系數(shù)：一般情況取1.25;抗震設計時取1.1。(6)加筋土擋墻全墻筋帶抗拔穩(wěn)定系數(shù)：取2.0;2 .抗震設計時的強度提高系數(shù)：(1)截面強度提高系數(shù)(抗壓)：1.5;(2)截面強度提高系數(shù)(抗拉)：1.5;(3)截面強度提高系數(shù)(抗剪)：1.5;(4)地基土承載力提高系數(shù)：由用戶定義。三.公路行業(yè)擋土墻計算的荷載工況公路擋土墻的荷載工況分為四種：計算荷載、驗算荷載、地震時計算荷載、地震時驗算荷載。6.1 重力式擋土墻重力式擋土墻驗算包括：土壓力計算，滑動穩(wěn)定性驗算，傾覆穩(wěn)定性驗算，地基應力及偏心距驗算，截面強度驗算，

44、對鋼筋混凝土底板基礎，還需要作基礎強度計算。無基冊沿愉斜基底亞基底土體抗剪沿凸律底段重力式擋噴抗滑穩(wěn)定嗡尊同無基砂凸棒強度羞蒞4銅碇底板基斷抗需穩(wěn)定a錨板式基就|抗?jié)摮潭臺階式鼻礎不能抗滑驗算圖7.1重力式擋墻抗滑穩(wěn)定驗算內容注意：重力式擋土墻可以模擬為上墻高度H=0的衡重式擋土墻進行計算。6.1.1 滑動穩(wěn)定性驗算6.1.1.1 水平基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc計算重力式擋土墻沿基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc分無基礎和有基礎兩種情況。計算簡圖:無基礎時有基礎時圖7.1.1-1抗滑穩(wěn)定計算簡圖計算公式:1 .無基礎時K沒（7.1.1-1）2 .有基礎時K二（郎+%+幼/廣瓦（7.1.1-2）式中：Kc沿

45、基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)；f擋土墻墻底摩擦系數(shù)；W擋土墻的自重重力（kN）;Wj擋土墻基礎的自重重力（kN）;Ex作用擋土墻上土壓力的水平分力（kN）;Ey作用擋土墻上土壓力的豎向分力（kN）。注意：1 .參考公路設計手冊路基第三篇第三章第二節(jié)中的（3-3-1）式；2 .附加力指波浪沖擊力、凍脹壓力和冰壓力、溫度應力。6.1.1.2傾斜基底時的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc如圖7.1.1-2所示，把基底設置成傾斜就是保持墻面高度不變，而使墻踵下降一定高度。與水平基底相比，可以減小滑動力，增大抗滑力，從而增強抗滑穩(wěn)定性。這時，不僅要作沿基底的抗滑穩(wěn)定性驗算，同時，還要驗算地基土沿墻踵平面的抗剪穩(wěn)定性驗算。圖7.1.

46、1-2傾斜基底抗滑穩(wěn)定計算簡圖1.沿斜基底面滑動無基礎時：（畋+%）/JTcos7+5sin（af+5+7）/=%-%+"加一腔iM（7.1.1-3）有鋼筋混凝土基礎時：+%+%）/印c。切+£$in（d+（5+律+W.co切/%一科叫一瓦。曲+f）-促+%）S（7.1.1-4）式中:Kc沿基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)；f擋土墻墻底摩擦系數(shù)；a鉛垂線與擋土墻背坡面的交角（度），逆時針為正，順時針為負；6擋土墻背坡面與擋土墻背面填土之間的內摩擦角（度）；“一一擋土墻傾斜基底面與水平面的交角（度），逆時針為正，順時針為W擋土墻的自重重力（kN）;Wj基礎的自重重力（kN）;WN擋土墻的自

47、重重力在傾斜基底法線方向的分力（kN）;WT擋土墻的自重重力在傾斜基底切線方向的分力（kN）;E擋土墻承受的土壓力（kN）;EN擋土墻承受的土壓力在傾斜基底法線方向的分力（kN）;ET擋土墻承受的土壓力在傾斜基底切線方向的分力（kN）。注意：公路設計手冊路基第三篇第三章第二節(jié)中的（3-3-2）式2,地基土抗剪穩(wěn)定性驗算無基礎：+Q.5啰同力=說（7.1.1-5）有鋼筋混凝土基礎:偎+%+號+0.5濕）匕式中:Kc2沿基底面水平方向地基土抗剪強度的滑動穩(wěn)定系數(shù);W擋土墻的自重重力（kN）;Wj基礎的自重重力（kN）;Ex擋土墻承受的土壓力在水平方向的分力（kN）;Ey擋土墻承受的土壓力在豎直方向

48、的分力（kN）;f4傾斜基礎底下地基土的摩擦系數(shù)；B4傾斜基礎底下三角形土楔體的寬度（m）;h4傾斜基礎底下三角形土楔體的高度（m）;Y傾斜基礎底下三角形土楔體的容重（kN/m3）。注意：參考公路設計手冊路基第三篇第三章第二節(jié)中的（3-3-2）式。6.1,1.3設有防滑凸棒時的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc設置防滑凸棒也是增加抗滑穩(wěn)定性的一種措施。如圖7,1.1-3所示，在基礎地面設置一個與基礎連成整體的樺狀凸塊，利用樺前土體所產生的被動土壓力以增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。凸樺的深度Ht根據抗穩(wěn)定的要求確定，凸樺的寬度按凸棒截面強度的要求確定。因此，既要驗算抗滑穩(wěn)定性，也要驗算凸樺截面強度。天然地基設置凸棒換填

49、土設置凸梯圖7.1.1-3防滑凸樺抗滑穩(wěn)定計算簡圖1.滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc_禺'+0.5（5+叼=(7.1.1-7)(7.1.1-8)(7.1.1-9)(7.1.1-10)'葭分二0.54（5+西）上/（45'+3/2）當有墻前被動土壓力EP時：歸昌+05&+4）叼+%當有附加外力F時：_H.+O.5+為%/人產=式中：Kc沿防滑凸樺底面水平方向地基土抗剪強度的滑動穩(wěn)定系數(shù);Ep擋土墻前被動土壓力，（kN）;F擋土墻上附加外力，向右為正（kN）;Ht基底下防滑凸樺的高度（m）;ep基底下防滑凸樺前的被動土壓應力平均值（kPa）；入一一防滑凸樺前的被動土壓力修正系數(shù)，

50、用戶錄入；（71墻趾處基底的壓應力（kPa）；（72墻踵處基底的壓應力（kPa）；。3防滑凸樺前緣處基底的壓應力（kPa）;B2防滑凸樺前緣處到墻踵處的水平距離（m）;f防滑凸樺面處天然地基土或換填土的摩擦系數(shù)；Ex擋土墻承受的土壓力在水平方向的分力（kN）;小一一防滑凸樺面處天然地基土或換填土的內摩擦角（度）。注意:(3-3-4)式;1 .公路設計手冊路基第三篇第三章第二節(jié)中的(3-3-3)、2 .亦應按普通的力學方法計算。3 .防滑凸棒設計本系統(tǒng)參考鐵路路基手冊p436,可做防滑凸棒自動設計和凸樺截面強度驗算。自動設計的結果有以下三種：不需設置凸樺、凸樺設計成功、凸樺設計失敗。1 .凸樣的

51、自動設計凸樺的高度Ht:H_岑瑪一0,5伊一%)(伊+q)1 %(7.1.1-11)凸樺的寬度Bt:號_£當一0,5(£；科)(%+%)丁*F!(7.1.1-12)2 .凸樺的構造檢查為使棒前被動土楔能夠完全形成，墻背主動土壓力不致因設置凸樺而增大，必須將整個凸樺置于過墻趾與水平成45-0/2角線及通過墻踵與水平成。角線所包圍的三角形范圍內，參見下圖7.1.1-4。因止匕凸樺位置、高度和寬度必須符合下列要求：(7.1.1-13)4產B-41-43Htcotp(7.1.1-14)凸棒前側距墻趾的最小距離Bt1min:B.=B-(7.1.1-15)圖7.1.1-4防滑凸樺構造要

52、求3 .截面強度驗算：凸樣抗彎強度驗算滿足：等，珞（7.1.1-16）凸樺抗剪強度驗算滿足：-（7.1.1-17）式中：Bt1防滑凸樺前端距墻趾距離（m）;Bt2防滑凸棒后端距墻踵距離（m）;Bt取Bt1、Bt2取中的大值，并且不能小于構造尺寸（m）;ht基底下防滑凸樺的高度（既上式中的Ht）（m）;ep基底下防滑凸樺前的被動土壓應力平均值（kPa）;wl基底下防滑凸樺材料（混凝土）的容許彎曲拉應力（kPa）；d基底下防滑凸樺材料（混凝土）的容許剪應力（kPa）；其它符號同上。注意：1.當基底應力重分布時，例如下圖所示：應力分布范圍完全在凸樺左側的情況，凸樺前端被動土壓力不起作用，按不考慮凸樺

53、（但其重量要考慮）情況，計算抗滑移。圖7.1.1-5基底應力重分布后防滑凸樺計算簡圖2.附加集中力交互界面可選擇附加集中力是否為被動土壓力,如果選勾，按式7.1.1-9計算，如果選叉，按式7.1.1-10計算。圖7.1.1-6附加外力交互界面6.1.1.4采用錨樁基礎時的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc除臺階式基礎外，其余幾種基礎類型均應作抗滑穩(wěn)定性驗算，當采用錨樁式基礎時（如圖7.1.1-7）,按式7.1.1-14驗算抗滑穩(wěn)定性。計算簡圖：圖7.1.1-7錨桿基礎抗滑簡圖計算公式：（取+%+%）/+£4口”s&=瑪（7.1.1-14）式中：Kc采用錨樁基礎時的沿基礎地面的滑動穩(wěn)定系數(shù)；W擋土墻的自重重力（kN）